MIT explica o betão pozolânico romano de 2.000 anos

O que torna este betão tão especial?

Os romanos não tinham software de cálculo estrutural, mas construíram obras que ainda hoje impressionam - e muitas continuam a funcionar, como os aquedutos. Parte desse “segredo” está num material fora do comum: o betão pozolânico, um tipo de betão extremamente durável que deu às estruturas romanas uma resistência notável.

E a prova mais famosa está de pé em Roma: o Panteão, praticamente intacto e com quase 2.000 anos, continua a deter o recorde da maior cúpula do mundo em betão não armado.

As propriedades deste betão foram, em geral, atribuídas aos seus ingredientes: a pozolana, uma mistura de cinza vulcânica - batizada a partir da cidade italiana de Pozzuoli, onde existe um grande depósito - e a cal. Misturadas com água, estas duas matérias podem reagir e formar um betão muito resistente.

O que o MIT descobriu em 2023?

Só que, ao que parece, a explicação não ficava por aí. Em 2023, uma equipa internacional liderada pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT) concluiu que não só os materiais eram ligeiramente diferentes do que se pensava, como as técnicas de mistura também não eram as “convencionais”.

As pistas mais claras eram pequenos pedaços brancos de cal, visíveis num betão que, à primeira vista, parece estar bem misturado. Até então, esses fragmentos tinham sido vistos como sinal de mistura deficiente ou de materiais de pior qualidade - mas isso não convencia o cientista de materiais Admir Masic, do MIT.

"A ideia de que a presença destes fragmentos de cal era simplesmente atribuída a um controlo de qualidade fraco sempre me incomodou", disse Masic em janeiro de 2023.

"Se os romanos se davam ao trabalho de criar um material de construção excecional, seguindo receitas detalhadas que foram afinadas ao longo de muitos séculos, porque razão investiriam tão pouco em garantir um produto final bem misturado? Tem de haver mais nesta história."

Masic e a equipa, liderada pela engenheira civil do MIT Linda Seymour, analisaram com cuidado amostras de betão romano com 2.000 anos, recolhidas no sítio arqueológico de Privernum, em Itália.

Essas amostras foram submetidas a microscopia eletrónica de varrimento de grande área, espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difração de raios X em pó e imagiologia confocal Raman, para compreender melhor a natureza destes fragmentos de cal.

Uma das grandes questões era que tipo de cal teria sido usada. A explicação “padrão” para o betão pozolânico aponta para o uso de cal apagada. Primeiro, o calcário é aquecido a temperaturas muito elevadas para produzir um pó cáustico muito reativo chamado cal viva, ou óxido de cálcio.

Ao misturar cal viva com água obtém-se cal apagada, ou hidróxido de cálcio: uma pasta um pouco menos reativa e menos cáustica. Segundo a teoria tradicional, era esta cal apagada que os romanos misturavam com a pozolana.

Com base nas análises da equipa, os fragmentos encontrados não batem certo com esse processo. Em vez disso, é provável que o betão romano fosse produzido misturando cal viva diretamente com a pozolana e água a temperaturas extremamente altas - sozinha ou em conjunto com cal apagada. A equipa chamou a este processo "mistura a quente" (hot mixing), que acabaria por gerar os tais fragmentos de cal.

"Os benefícios da mistura a quente são dois", disse Masic.

"Em primeiro lugar, quando o betão no seu conjunto é aquecido a altas temperaturas, permite químicas que não são possíveis se usarmos apenas cal apagada, formando compostos associados a altas temperaturas que, de outra forma, não apareceriam. Em segundo lugar, esta temperatura mais elevada reduz significativamente os tempos de cura e de endurecimento, porque acelera todas as reações, permitindo uma construção muito mais rápida."

Como é que este betão se “auto-repara”?

E há ainda outra vantagem: estes fragmentos de cal dão ao betão uma capacidade de auto-reparação notável.

Quando surgem fissuras no betão, elas tendem a propagar-se em direção aos fragmentos de cal, que têm uma área de superfície maior do que outras partículas na matriz. Quando a água entra na fissura, reage com a cal e forma uma solução rica em cálcio, que ao secar e endurecer se transforma em carbonato de cálcio, “colando” a fissura de novo e impedindo que ela se alargue.

Isto já tinha sido observado em betão de outro sítio com 2.000 anos, o Túmulo de Cecília Metela, onde as fissuras foram preenchidas com calcite. Também pode ajudar a explicar por que razão o betão romano em paredões marítimos construídos há 2.000 anos se manteve intacto durante milénios, apesar do embate constante do mar.

Os testes confirmaram a teoria?

Para confirmar as conclusões, a equipa testou as suas hipóteses produzindo betão pozolânico a partir de receitas antigas e modernas, usando cal viva. Também prepararam um betão de controlo sem cal viva e fizeram testes de fissuração. Tal como esperado, o betão com cal viva ficou totalmente “curado” em duas semanas, enquanto o betão de controlo permaneceu fissurado.

O que vem a seguir?

A equipa está agora a trabalhar para comercializar este betão como uma alternativa mais amiga do ambiente face aos betões atuais.

"É entusiasmante pensar em como estas formulações de betão mais duráveis podem aumentar não só a vida útil destes materiais, mas também melhorar a durabilidade de formulações de betão impressas em 3D", disse Masic.

A investigação foi publicada na revista Science Advances.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em janeiro de 2023.